生物反硝化法净化NO工业废气

　　摘要：在生物滴滤塔中进行填料挂膜。利用反硝化茵处理模拟的NO工业废气.实验表明，动态培养驯化挂膜后，可见到杆状的反硝化脱氮菌.当停留时间为80 s，循环液流量为40—60L/h，进气浓度为300～500mg/m3时，NO去除率 可达到98.4%.同时，在液相中只能检测到微量的NO;.反硝化法是处理含NO废气的可行途径.

　　随着现代工业的不断发展，氮氧化物的排放El益增加.氮氧化物不仅污染空气，形成“酸雨”，对人体的危害也十分严重【1之】.而氮氧化物中，NO因水溶性差不易吸收，处理难度更大.目前，国内外多采用物理化学方法对其进行治理，但都不同程度地存在成本高、有二次污染问题，尤其对低浓度的NO气体更难

　　于处理.采用生物法处理工业废气中低浓度的NO气体，不仅工艺简单成本低，且处理效率较高，成为目前国内外氮氧化物处理的一大趋势.在生物法处理NO的研究中，有不少是采用好氧硝化菌，处理效果好，但因其是将气相NO通过生物硝化反应转化为NO;存留在液相中，仍存在一定的污染问题.采用厌氧反硝化菌处理NO气体，将NO还原为N2排放，治污更彻底‘n141.在此，笔者研究了生物滴滤塔中，用反硝化菌布膜，对低浓度NO气体进行吸收处理的实验过程，为生物法处理氮氧化物探索了更适合的途径.

　　1 反硝化菌处理NO气体的原理

　　NO气体难溶于水，靠溶于水形成浓度梯度产生的推动力很小，去除效果差.理论上推测NO气体在填料塔中先被微生物膜吸附，进而在微生物内作为能源或营养物质被利用，发生生物反硝化作用， 终被还原成无害的N2排出.

　　2 装置和实验方法

　　2.1 实验装置

　　采用生物滴滤塔作为主要实验装置，该塔内径80 mm，填料高度50 mm，有机玻璃材质，内装10 mmxl0 mmxl.5 nun的陶瓷拉西环.实验设备流程如图l所示.NO废气采用铜丝与稀硝酸反应生成，并混以工业氮气模拟而成.模拟废气从生物膜填料塔底部吹入，与塔顶喷淋而下的微生物营养液逆流接触.

　　2.2实验操作条件

　　进口气体组成包括50—500 mg/m3 NO，其余为平衡N2.气体流量为0.3—0.5 m3/h，营养液喷淋量为40-60 L，11.营养液成分主要包括K2HP04、葡萄糖、MgSO。及少量微量元素，由塔顶不断循环连续喷淋于布满生物膜的填料上，并定期更换补充新鲜营养液.

　　2.3分析方法

　　NO采用盐酸萘乙二胺分光光度法测量，循环液中的No;采用紫外分光光度法测量，No;采用盐酸萘L--胺分光光度法测量.

　　2.4动态培养和挂膜

　　采用垃圾渗滤液在填料塔内进行动态培养、挂膜和驯化，保持塔内厌氧状态，温度30左右，pH值在7-8.5之间.1周后，填料表面布上了一层薄薄的黄褐色膜，取下在显微镜下观察，如图2所示.在高倍下观察膜中的细菌(见图3)，多为短杆状，还有少量的球状脱氮菌.当入口NO气体去除率达到80%以上，并稳定l周左右，即认为是挂膜成功，开始实验研究.

　　3 实验结果与讨论及分析

　　3.1 生物反硝化脱除NO气体的去除率

　　实验考察了NO进气浓度在50～500 mg/m3之间的去除效果.由图4可以看出，不同浓度的NO气体通过反硝化生物膜后，得到了有效的去除.由于NO进气浓度不稳定，导致出气浓度变化较大.从图5可以看出，去除率波动较大，主要因为实验中NO废气是采用人工造气，混合工业氮气模拟而成的，进气浓度波动幅度较大，对生物膜有一定冲击作用，使微生物适应有困难，从而影响了去除效率.但仍可看出去除效果明显，去除率 为68%， 可达98.4%，平均去除率为87.5%.

　　3.2 No进气浓度对去除效率的影响

　　NO是完整反硝化过程中的一个中间产物，但它对微生物依然具有毒性，抑制生物的反应活性.同时，NO又是反硝化菌生长代谢的氮源和电子受体.因此适合的进气浓度也是确保去除率的一个重要因素.从图6看出，在进气浓度较低(100—250 mg/m3)时，去除效率相对较低，平均在76%左右，随着NO进气浓度逐渐增大，去除效果明显提高，在进气浓度为250—450 mg/m3时，平均去除率达到93.6%.另外，从图6还可看出，当进气浓度超过450mg/m3，去除率有所下降，这是由于NO气体浓度超出了塔内微生物的 大处理能力，从而降低了处理效率.综合来看，当NO进气浓度满足微生物的氮源需求，却又低于抑制浓度时，生物去除率较为理想.这也说明生物反硝化法只适合脱除较低浓度的NO气体.

　　3.3循环液量对NO去除效率的影响

　　循环液里含有微生物正常生长所需的营养物质，充足的营养是保证生物反应顺利进行的前提，但循环液量过大，在生物膜外形成一层较厚的液膜，对于水溶性较差的NO气体来说，不仅阻碍了生物膜对NO气体的吸附，而且也会阻碍生物代谢产物的内外传递，从而影响去除效率.本实验考察了循环液量为10—90m对去除率的影响.从图7可以看出，当循环液量为40一60 L胁时，去除效果较好，去除率达到90%以上.当液量超过60m时，液膜过厚，不利于气体处理过程的吸附和传质，此外由于水力冲刷导致生物膜的破坏和脱落，使生物量减少，导致NO去除率大幅下降.

　　3.4停留时间对NO去除效率的影响

　　不同的停留时间决定了系统具有不同的负荷，停留时间越短，系统处理负荷越高，气体与微生物接触的时间越短，不利于生物反应过程的传递作用，因而处理效率相对较低.由图8可以看出，当气体停留时间达到80 S，NO的脱除效率可高达95%以上。之后随着停留时间的增长，去除率变化不大.这可能是因图8停留时间对NO去除效率的影响为较长的气体停留时间，使得处理废气、营养液及生物膜气、液、固三相之间有了充分的时间进行吸附接触及营养物质和代谢产物的传递，生物反应较为彻底，因而处理效率较高.但随着停留时间的继续增长，生物反应已经饱和，并不能引起处理效率的继续升高.

　　3.5生物反应的判断分析

　　实验除了对NO气体脱除效率及影响因素进行考察，还对循环液体中的氮含量进行了检测，发现液相中存在的NO;与NO：小于O.5mg/L，存在量很小.综合推断，生物滴滤塔在厌氧条件下，反硝化菌为优势存在菌，塔内发生了反硝化反应，将NO气体转化为N2排出.生物反应过程为

　　本实验中液相的硝酸盐、亚硝酸盐含量很低，无需处理.这是采用厌氧反硝化菌相比好氧硝化菌来处理NO废气的优势之一.另外，采用厌氧反硝化菌不仅可以节省鼓风的动力消耗，而且因微生物代谢周期长而产泥较少，这些都是采用好氧硝化作用来处理NO废气所欠缺的.随着生物反应的进行，循环液中微生物需要的营养物质不断消耗，定期检测后应及时补充基础需要物质.同时长时期的运行后可能会处理No;和No：积累，影响NO气体的处理效果，需要定期排放更新营养液.

　　3.6实际工业废气中N02及02的存在影响

　　实际工业废气排放的Nq中，常常含有部分N02，N02易溶于水，转化为液相的No2-和No3-，对NO的反硝化反应产生一定的抑制影响.No2-和No3-作为氮源，可被塔内某些异养菌用来进行反硝化作用.此外，过剩的No2-和No3-又会对自养反硝化菌如Thiobacil denitrificans利用NO进行反硝化产生抑制影响，因为在No2-和No3- (与NO共存的条件下，自养反硝化菌优先利用No2-和No3-作为 终电子受体进行生物反硝化.可见，当NO2含量不高时，对NO的去除并无明显影响.由此可以看出，自养及异养反硝化菌的同时作用，对于脱除N晚工业废气是非常重要的.

　　实际的工业废气中还存在一定量的02，若氧气含量较高时需进行脱氧预处理.若氧气含量较低，可不作处理直接进塔，塔中存在的异养菌可利用氧气进行有机碳的氧化，对于降低出水中的化学需氧量(chemical oxygen demand，COD)起到重要作用.另外，长时间的微量氧存在，可能会在塔底进气端形成一个好氧及兼性厌氧菌落，对于维持整个塔内的厌氧状态有很大作用.

　　4结语

　　研究表明，采用垃圾渗滤液在生物滴滤塔中进行动态培养和挂膜后，通过微生物的反硝化作用可以达到净化NO废气的目的，NO的去除率 可达98.4%.反硝化法处理NO废气可将其转化为氮气等无害成分，具有操作筒单、运行费用低的优点，且液相中No2-和No3-含量低，无二次污染问题，是消除NO废气污染的较好方法.根据反硝化法处理低浓度NO废气的优势，可将其与物理化学处理方法相结合，做进一步的深入研究与应用探索.